机械牵张微环境诱导肺成纤维细胞代谢重编程致糖代谢稳态失衡:机械通气促进脓毒症相关性肺纤维化的机制研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    81870052
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    57.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    H0108.间质性肺疾病
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Mechanical ventilation could exacerbate LPS-induced sepsis-associated pulmonary fibrosis, however the underlying mechanism remains unknown. Our previous studies revealed that LPS could induce the formation of focal adhesion(FA) through activation of integrin β3, the mechanical stretch receptor of lung fibroblast. Mechanical stretch was reported to activate lung fibroblast focal adhesion kinase(FAK), which was associated with the activation of PKM2, the key enzyme of aerobic glycolysis. Therefore, we speculate that LPS may activate integrin β3 to induce FA formation in lung fibroblast; Meanwhile, mechanical ventilation could regulate cellular metabolism thorough mechanical stretch microenvironment alteration, which initiates glycometabolic reprogramming by FAK activation and induce glycometabolic homeostasis imbalance to promote lung fibroblast differentiation and pulmonary fibrosis. In this study, based on the mechanical stretch model of LPS-pretreatment mice lung fibroblast and mechanical ventilation model of mice sepsis-associated pulmonary fibrosis, we aim to explore the mechanism through which mechanical ventilation exacerbate LPS-induced lung fibroblast differentiation and promote sepsis-associated pulmonary fibrosis. Through intervening the expression and activation states of integrin β3, FAK, PKM2 in mice lung fibroblast and establishing the CRISP/Cas9 genome-editing technique-based integrin β3 gene knockout mouse to inhibit the expression of integrin β3 in mice lung tissue, we especially focus on the role of activation of integrin β3 and FA as well as cell glycometabolic homeostasis imbalance play in above process. This study aim to explore the mechanism of sepsis-associated pulmonary fibrosis from the perspective of mechanical stretch microenvironment regulate the process of cellular metabolism.
机械通气(MV)可加速LPS诱导的脓毒症相关性肺纤维化,但机制不明。申请者发现LPS能诱导肺成纤维细胞(LF)机械牵张感受器整合素β3表达活化,促进黏着斑形成。有研究表明机械牵张可活化黏着斑激酶(FAK),后者可活化糖有氧酵解关键酶PKM2。申请者推测LPS可诱导LF整合素β3表达活化,促进黏着斑形成;MV可改变机械牵张微环境而调控细胞代谢,通过活化FAK启动糖代谢重编程致糖代谢稳态失衡,加速LF分化并促进肺纤维化。本课题利用LPS预处理小鼠LF机械牵张模型及小鼠脓毒症相关性肺纤维化MV模型,通过干预整合素β3、FAK和PKM2表达活化,以CRISPR/Cas9技术构建整合素β3基因敲除小鼠研究MV加速LPS诱导LF分化并促进脓毒症相关性肺纤维化的机制,明确整合素和黏着斑活化、细胞糖代谢稳态失衡在其中的作用,由此从探讨机械牵张微环境调控细胞代谢过程的角度完善脓毒症相关性肺纤维化的发病机制。

结项摘要

机械通气(MV)已成为临床一线治疗措施广泛应用于急性呼吸窘迫综合征或肺纤维化合并呼吸衰竭患者的救治。然而,机械通气在发挥积极治疗作用的同时可以作为“二次打击”因素诱发机械通气相关性肺损伤或机械通气相关性肺纤维化(MVPF)。但目前尚未明确机械通气是否会进一步加重脓毒症相关性肺纤维化进程,最终形成脓毒症-机械通气相关性肺纤维化(S-MVPF),也未明确机械通气诱导MVPF或S-MVPF发病的相关机制。作为机械牵张的重要感受器,整合素β3可能在MVPF或S-MVPF发病过程中发挥重要作用。本研究旨在探讨整合素β3在MVPF或S-MVPF发病过程中的作用及机制,重点明确整合素β3-M2型丙酮酸激酶(PKM2)通路调控肺成纤维细胞糖代谢重编程,以及整合素β3通路组成成分黏着斑激酶(FAK)调控肺成纤维细胞硬度在该过程中的作用。研究证实在脓毒症-机械通气相关性肺纤维化过程中,机械通气可激活整合素β3-PKM2通路,增强肺组织有氧酵解而促进MVPF,并加速脓毒症相关性肺纤维化进程而形成S-MVPF。机械牵张微环境促进肺成纤维细胞FAK表达与黏着斑的形成,导致肺成纤维细胞硬度增加从而促进MVPF的发生。通过对整合素β3-PKM2通路及FAK的有效调控,可能改善肺组织代谢状态和细胞硬度,从而抑制MVPF与S-MVPF进程。本研究从探讨机械牵张微环境变化调控细胞代谢过程的角度进一步丰富和完善机械通气促进脓毒症相关性肺纤维化进展的机理,有望为脓毒症-机械通气相关性肺纤维化的临床治疗提供一种基于调控细胞代谢状态和细胞硬度而抑制纤维化进程的全新治疗策略。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
转化生长因子‐β1介导有氧酵解促进机械通气 相关性肺纤维化的研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    国际麻醉学与复苏杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    胡钺;梅舒雅;徐侨翌;皋源;何征宇;邢顺鹏
  • 通讯作者:
    邢顺鹏
Thy-1 depletion and integrin β3 upregulation-mediated PI3K-Akt-mTOR pathway activation inhibits lung fibroblast autophagy in lipopolysaccharide-induced pulmonary fibrosis
Thy-1 耗竭和整合素 β3 上调介导的 PI3K-Akt-mTOR 通路激活抑制脂多糖诱导的肺纤维化中的肺成纤维细胞自噬
  • DOI:
    10.1038/s41374-019-0281-2
  • 发表时间:
    2019-11-01
  • 期刊:
    LABORATORY INVESTIGATION
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Wan, Hanxi;Xie, Tingting;He, Zhengyu
  • 通讯作者:
    He, Zhengyu
PI3K-Akt-mTOR/PFKFB3 pathway mediated lung fibroblast aerobic glycolysis and collagen synthesis in lipopolysaccharide-induced pulmonary fibrosis
脂多糖诱导的肺纤维化中PI3K-Akt-mTOR/PFKFB3通路介导的肺成纤维细胞有氧糖酵解和胶原合成
  • DOI:
    10.1038/s41374-020-0404-9
  • 发表时间:
    2020-02-12
  • 期刊:
    LABORATORY INVESTIGATION
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Hu, Xiaoting;Xu, Qiaoyi;He, Zhengyu
  • 通讯作者:
    He, Zhengyu
Integrin β3-PKM2 pathway-mediated aerobic glycolysis contributes to mechanical ventilation-induced pulmonary fibrosis.
整合素β3-PKM2 通路介导的有氧糖酵解有助于机械通气诱导的肺纤维化
  • DOI:
    10.7150/thno.72328
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Theranostics
  • 影响因子:
    12.4
  • 作者:
    Mei S;Xu Q;Hu Y;Tang R;Feng J;Zhou Y;Xing S;Gao Y;He Z
  • 通讯作者:
    He Z

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其他文献

脂多糖对小鼠肺成纤维细胞Thy-1 mRNA表达的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    中华麻醉学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    皋源;杨建平;何征宇
  • 通讯作者:
    何征宇
脂多糖抑制小鼠肺成纤维细胞自噬的观察性研究
  • DOI:
    10.3760/cma.j.issn.1673-4378.2019.02.002
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    国际麻醉学与复苏杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    谢婷婷;徐侨翌;邢顺鹏;万晗曦;皋源;何征宇
  • 通讯作者:
    何征宇
脂多糖对肺成纤维细胞胸腺细胞分化抗原-1及整合素β3表达的调控并抑制自噬的研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    国际麻醉学与复苏杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    万晗曦;谢婷婷;徐侨翌;胡晓婷;邢顺鹏;皋源;何征宇
  • 通讯作者:
    何征宇
正丁酸抑制脂多糖诱导肺纤维化的作用及机制
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    中华危重病急救医学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    徐侨翌;谢婷婷;皋源;何征宇
  • 通讯作者:
    何征宇
脂多糖对小鼠肺成纤维细胞增殖和P27蛋白表达的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    上海医学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    顾楠楠;邢顺鹏;陈思涵;周雨曦;蒋涛;焦英甫;皋源;俞卫峰;何征宇;杭燕南;闻大翔
  • 通讯作者:
    闻大翔

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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